全過程橋梁設計課程建設實踐與效果評價

管仲國, 阮 欣

(同濟大學 橋梁工程系， 上海 200092)

0 引 言

各種梁式橋設計曾一度成為土木工程專業橋梁工程方向本科生畢業設計的標準設計題目。自上世紀90年代以來，我國開始了大規模的交通基礎設施建設，目前已成為世界上公路橋梁最多的國家，各種斜拉橋、懸索橋和拱橋等復雜現代橋梁技術不斷發展，工程應用也日漸增多。為適應這一變化情況，本科畢業設計選題也越來越多地涉及斜拉橋、懸索橋和拱橋等復雜橋式。然而，復雜橋式設計難度大、內容多，在有限的本科畢業設計時間段內很難完整地完成。或者淺嘗輒止，收獲甚小，或者過分偏重于某一關鍵問題的分析和計算，導致畢業設計論文化[1-2]。本科畢業設計是本科生培養體系中的關鍵環節，是一次難得的工程實踐完整過程的訓練機會，對學生綜合素質和創新實踐能力的培養起著重要的作用[3]。如此，則難以達到本科畢業設計的培養目標。此外，這種選題變化也導致本科生在其培養歷程中缺乏一次系統性的針對量大面廣的梁式橋的設計實踐機會。畢業設計論文化也使得本科生對橋梁設計從路線規劃、分孔布跨、橋型方案選擇、結構分析與設計及施工方案選擇與施工組織計劃等橋梁規劃、設計、建造的全過程缺乏清晰的認識，從而導致專業視野窄、專業基礎不全面等問題，甚至還在一定程度上導致“設計即是計算”的認知誤區[4-5]。若將本科畢業設計選題重新回歸到梁式橋設計上，又會造成與現代橋梁技術的嚴重脫節，不符合社會與時代的發展要求[6]。為此，我校土木工程專業在重新梳理本科生培養方案的基礎上，提出在第7學期開展各專業方向的全過程設計課程建設，從項目規劃、方案設計、施工建造的全過程實踐培養學生的專業綜合能力，同時調整畢業設計方案，允許和鼓勵學生根據不同的興趣和需要，針對復雜橋式的關鍵設計問題開展深入的技術研究與設計[7]。本文重點介紹全過程橋梁設計課程的建設實踐與實施效果。

1 培養目標與課程建設原則

全過程橋梁設計課程的培養目標是熟悉橋梁工程的設計全過程，掌握基于現行橋梁設計規范進行橋梁結構設計的基本計算理論和方法，具有橋梁結構設計的初步能力。在此過程中，通過融匯和梳理已學過的各門專業基礎課程、專業課程的相關知識，提升專業綜合素養，為后續畢業設計以及今后工作中遇到各種交通工程結構物的設計奠定必要的基礎。

基于上述培養目標，在課程的具體建設上重點堅持3個原則：

(1) 強調“全過程”的課程本質。重點為路線規劃、分孔布跨、橋型方案選擇、結構分析與設計以及施工方案選擇與施工組織計劃等的全過程，不糾結包含全部的橋型方案，學生可自由選擇混凝土橋梁、組合結構橋梁和鋼結構橋梁的一種或兩種[8-9]。

(2) 強調“設計”，弱化“計算”。降低計算部分的內容和標準要求，不強調手算的內容，由同學自行根據實際需要選用合適的計算手段[10]。

(3) 強調“能力”培養[11-12]。依據從主到次，重點培養邏輯能力、設計表達、計算能力、溝通交流和創新能力。適當弱化課程設計中對最終“設計作品”的要求，切實提高學生的設計能力。

2 課程設計內容與組織實施方案

2.1 課程設計內容

課程設計總長約為400～800 m的接線橋梁，跨越既有道路和一條河流。提供的基礎設計資料包括：兩端道路接線點，道路規劃建設紅線范圍，既有道路斷面和建筑界限，河流通航要求，擬建道路等級和橫斷面、新建道路車道數和荷載等級。要求：① 確定道路合理豎曲線，確定合理橋跨分孔，選擇合理跨河橋、跨線橋和引橋橋型方案；② 基于交通部標準圖復核引橋上部結構設計，任選跨線橋或跨河橋開展主橋結構主要尺寸擬定，結構內力計算，配筋(束)設計(預應力混凝土結構)或加勁方案設計(組合結構和鋼結構)，進行結構各階段各項性能驗算；③施工方案選擇，編制施工計劃進度。

通過適當變化基本設計參數，確保“每人一題”，獨立開展設計。

2.2 課時計劃安排

課時安排采用7+7課時方案，即每周7個課內課時和約7個課后課時。7個課內課時采用3+4的組織方案，即3個授課課時和4個討論與輔導課時。3個授課課時根據設計計劃內容和要求，有針對性地補充有關線路規劃、橋梁總體設計、結構建模與分析、結構配筋與調束、關鍵結構構造設計和規范制圖等內容。這些課時內容要避免與已修課程內容重復，如結構設計原理、鋼結構設計原理、橋梁工程等，重點介紹原理課與設計規范之間的銜接。4個討論與輔導課時安排輔導老師，根據每周的計劃進度檢查學生們的設計進展，同時發現共性問題，開展針對性的討論和輔導。7個課后課時由學生自行根據設計實際進展狀況自行安排。

2.3 指導與答疑

討論與輔導采用分班組和責任教師相結合的方式，每20個左右的學生劃分為1個班組，每個班組包括4名指導教師，由具有不同專業專長的老師共同組成。同時，為明確指導責任，每名學生選擇1名指導老師，全程督促學生的設計進度，并有義務親自或者安排合適的老師解答學生在設計中遇到的各種疑難問題。對學生提出的問題，宜引導其通過文獻檢索或者工程案例閱讀等自主尋找相應的解決方案。

2.4 考核與評價

橋梁全過程設計的考評采用分階段考核和最終成果考核的綜合總評方案。如表1所示，共分4次考核，前3次為階段性考核，分別針對總體設計、引橋復核計算和主橋設計進行考核，以班組為單位，班組內全部指導老師共同參加，階段性考核的成績占總成績的50%；第4次為成果總評，同樣以班組為單位，但計入指導老師的考評結果，成果總評成績占總成績的50%，其中班組考評占40%，指導教師考評占10%。采用分階段考核方案，主要是為促進學生設計工作按預定計劃開展，避免出現“前松后緊”的拖沓問題。此外，之所以在整個考評體系中主要以班組為單位進行考評，減小指導教師部分的考評權重，也是為減輕指導教師的考評壓力，并使考評的結果更加趨向公平[13-14]。

表1 總體考核評價表

由于全過程橋梁設計課程著重強調對學生設計能力的培養[15]，故針對不同考核階段的工作內容及特點，分別對邏輯能力、設計表達、計算能力、溝通交流和挑戰創新賦予不同的考評權重，如圖1所示。在不同考核階段，對各項能力的考核重點各有不同。在總體設計階段，更強調邏輯能力和設計表達；在引橋復核階段，注重考察計算能力；在主橋設計階段，偏重設計表達；在成果總評階段，則重點考察溝通交流。4個階段，對挑戰創新的權重都較小，這主要是因為通過全過程橋梁設計培養學生基本的、完整的橋梁設計能力，而不是追求某種技術上的突破[16]。

圖1 階段考核能力權重分布

3 課程實施效果評價

為考察全過程橋梁設計課程的實施效果，圍繞全過程橋梁設計的總體方案和一些關鍵問題，設計了網絡調查問卷，面向參加全過程橋梁設計課程的全體學生開展了匿名問卷調查，有效樣本反饋53個。

(1) 總體評價。問題1：開展全過程教學對于提高個人的專業能力的作用？79.25%的學生認為作用很大，對既往的知識學習起到系統的梳理和提升，18.87%的學生認為作用一般，僅是對既有知識的梳理而已；1.89%的學生認為無作用，個人專業能力無提升。問題2：認為開展全過程橋梁設計與已開設專業課之間的關系評價結果為71.70%的學生認為有良好的互補作用，可以較好地在設計實踐中進一步深化專業能力，24.53%的學生認為互補作用不明顯，與其他專業課聯系不大，3.77%的學生認為有較大的重復，沒有提高。由此可見，開展全過程橋梁設計積極作用非常明顯，對提升學生的專業能力有較大幫助。

(2) 課程組織實施。對課后學生自覺投入課程設計的時間統計結果顯示，最大值為每周42學時，最小值為0，平均值為10.81學時。在設計題目上，77.36%的學生認為有合適的橋型方案選擇空間，86.79%的學生認為達到了“一人一題”的效果。對分班組和責任教師相結合的的指導機制上，96.23%的學生表示滿意，98.11%的學生認為指導教師的數量合適，不宜增減。由此可見，學生對課程組織實施方案的總體反饋較好。

(3) 考核方式。對于分階段考核，75.47%的學生認為積極作用明顯，有助于督促全過程設計進度，15.09%的學生認為作用不明顯，9.43%的學生認為作用消極，增加學生負擔。對于強化以班組為單位進行集體考核，弱化指導教師考評權重，67.92%的學生認為滿意，有助于統一標準和公平，26.42%的學生認為無影響，5.66%的學生不滿意，認為班組集體考核不能充分反映個人的平時表現。

此外，對于全過程橋梁設計最重要的能力培養認知方面，選擇邏輯能力、設計表達、計算能力、溝通交流和挑戰創新的占比依次為71.70%、15.09%、9.43%、1.89%和1.89%。可見，學生選擇的能力重要性排序與最初的設計目標基本一致，對邏輯能力的充分肯定也充分反映了“設計”的重要性，而不是“計算”。從整個全過程設計的教學實踐反饋上看，學生在“總體設計”階段有明顯的迷茫性，表現出明顯的“無從下手”的狀態，而在第2、第3階段的建模計算中，則相對從容很多。

(4) 問題與建議。對于每周3課時的授課內容，原設計的教學方案是“注重結合規范，闡述橋梁工程、結構設計原理的前述課程中的原理問題在規范中具體如何落實”。但從問卷的結果來看，僅21.15%的學生肯定了這一方案，59.62%的學生選擇“結合某個實際工程案例，進行選型、構造、計算分析方面的演示，所選的橋型可以僅是簡直變連續的梁式橋，主橋部分由學生自己舉一反三”。后期的教學方案，可根據這一情況適當地修改，強化案例教學。

此外，71.15%的學生認為最初選擇的橋型方案工

作量適中，23.08%的學生認為工作量遠超預期，5.77%的學生認為可以選擇更具有挑戰性的橋型。從實際的課程設計來看，約13.6%的學生主橋選擇了斜拉橋或拱橋等復雜橋型，但從實際的設計效果和完成度上看并不好，因此建議全過程橋梁設計結構選型宜以梁式橋為主。

4 結 語

全過程橋梁設計課程建設，是我校為適應現代橋梁技術的時代發展背景，面向2014屆土木工程專業橋梁工程方向本科生，調整土木工程專業本科生培養方案，開展全過程橋梁設計課程的首次改革嘗試。針對現行培養方案中存在問題，通過針對性的改革設計，明確課程建設的培養目標和建設原則。在具體的組織實施方案上，有針對性地設計橋梁選題，做到“一人一題”；在課時安排上，采用課堂授課、集中指導和課后靈活補充的方案；在指導方案上，采用班組和責任教師相結合的方式；在考核和評價機制上，采用分階段考核和重點面向能力培養的評價體系。從實際的教學效果上看，學生對全過程橋梁設計課程的積極意義給予了充分肯定，對課程具體組織方式中的改革和嘗試也給予了正面的評價。下一步將根據調研結果進一步完善教學方案，提升課程的教學質量，為新的培養方案改革提供直接支持。